数字频率计

《电子技术》课程设计报告题目数字频率计学院（部）信息学院专业通信工程班级通信一班学生姓名学号12月30日至1月13日共2周指导教师（签字）题目：数字频率计目录一、系统概述1、设计任务和要求····················································2、系统设计方案·····················································二、单元电路设计1、555时基电路·······················································2、脉冲整形电路······················································3、逻辑控制电路······················································4、闸门电路··························································5、计数、锁存、清零及显示电路·········································三、系统综述四、结束语五、参考文献六、元器件明细表，附图七、鸣谢八、收获与体会，存在的问题摘要频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。本设计报告主要包括对数字频率计设计的设计要求、整体方案设计、单元电路设计、电路的测试与调整、设计小结。由于信号的波形多样，需要将其做归一处理———方波信号，我们需设计一个整形电路，将正弦波，三角波等信号转化为同频率的方波信号作为被测脉冲，然后用计数器测量出该信号在1S中的频率。然后，通过锁存器用数码管显示出来。关键词时基电路整形电路单稳态触发器锁存器计数器数码显示555定时器闸门电路技术要求1、会用555定时器构成多谐振荡器，产生宽度为一秒的脉冲信号，作为时基信号2、单稳态触发器和施密特触发器的工作原理。3、锁存器273和十进制计数器160的工作原理。一、系统概述1、设计要求1、被测信号的频率范围100HZ～100KH2、输入信号为正弦信号或方波信号3、四位数码管显示所测频率，并用发光二极管表示单位4、具有超量程报警功能2、设计方案频率的概念是指信号在单位时间（1s）内振动的次数，故要测量某未知信号的频率相当于测量其单位时间内的脉冲数量。1、测量流程图如下图1数字频率计原理方框图2、主要时序框图，如图2图2各信号时序图时基电路（产生1S的标准时间信号）号）脉冲整形电路闸门电路计数器译码器译码显示器逻辑控制电路计数1s锁存清零时基信号Ⅰ被测信号Ⅱ锁存信号Ⅲ二、单元电路设计1、计数、锁存、清零及显示电路（1）电路结构图12计数、锁存及显示电路图（2）、电路工作原理计数﹑清零部分由两个74LS160D级联组成，当计数脉冲输入到74LS160D的CLK端时计数器开始工作。当清零信号Ⅳ输入到74LS160D的CLR端时计数器清零。锁存功能由74LS273完成，当锁存信号输入到74LS273的CLK端时锁存电路在清零信号之前完成对当前数值的锁存。译码显示功能由4511BD译码器和数码显示管完成。3、显示器性能测试在单稳态触发器有高电平变为低电平时，显示器将现在在1S内脉冲波的个数，当频率设置为6000Hz时，显示器显示结果如图5所示。所显示表明显示器正常工作。图5显示器性能测试2、555时基电路（1）、电路结构，如图3图3（2）、电路工作原理及参数的确定：时基电路是由555定时器构成的振荡器，其功能为产生0.1秒的标准时间脉冲。电阻电容的计算公式：脉冲周期为T:T=t1+t2高电平周期为t1：t1=0.7(R1+R2)C低电平周期为t2：t2=0.7R2C注：R1和R2均应大于1K小于3.3MK经计算，要产生t1=1s，t2=0.025s的脉冲信号R1=120KΩ，R2=29KΩ（3）、电路的仿真：图4标准时间信号（高电平周期）图5标准时间信号（低电平周期）3、脉冲整形电路（1）、电路结构，如图6图6整形电路（2）、电路仿真图7正弦波转化成方波图8三角波转为方波4、逻辑控制电路（1）、电路结构VCC15VR110kΩC11uF21VCCU1ASN74123NVCC16GND81RTCT151CT141CLR31A11B21Q13~1Q4VCC15VR210kΩC21uFU2ASN74123NVCC16GND81RTCT151CT141CLR31A11B21Q13~1Q4VCC09804310图9逻辑控制电路图（2）、电路工作原理及参数确定根据图二所示波形，在每个时基信号Ⅰ的的下降沿需产生一个锁存信号Ⅲ，锁存信号的下降沿需产生一个清零信号Ⅳ，脉冲信号Ⅲ和Ⅳ可由两个单稳态触发电路SN74123N产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。设锁存信号Ⅲ和清零信号Ⅳ的脉冲宽度Tw相同，如果要求Tw=0.0045s,则得Tw=0.45RC=0.0045s。若取R=10KΩ，则C=0.45/R=1uF。由SN74123N的功能可知，当1CLR=1B=1﹑触发脉冲从1A端输入时，在触发脉冲负跳变的作用下，输出端1Q可获得一正脉冲，其波形正好满足图1所示的波形Ⅲ要求，把-1Q获得的脉冲信号作为第二个SN74123N的输入，其输出端-1Q获得的脉冲信号正好满足波形Ⅳ的要求。（3）、电路仿真图10逻辑时序图时基信号Ⅰ（红）锁存信号Ⅲ（黄）清零信号Ⅳ（绿）5、闸门电路（1）、电路结构图11闸门电路图（2）、电路工作原理闸门电路实际是一个与非门，当时基电路信号与被测信号同为高电平时闸门开启，有一个输入信号为低电平时闸门关闭，这样就能产生一个计数脉冲。（3）、电路仿真图11计数脉冲三系统综述频率计是直接用十进制来显示被测信号频率的一种测量装置。它可以测量正弦波，方波和三角波的频率。利用施密特触发器将输入信号整形为方波，并利用技术测量其1s内脉冲的个数，利用锁存器锁存，稳定显示在数码管上。整个电路包含时基电路，控制电路，放大整形，档位电路，还有显示电路的设计，其中最主要的是控制电路部分，它是整个电路的核心，时基电路是控制计数器的输入脉冲，逻辑控制电路利用标准时间信号结束后产生负跳变来产生锁存信号，同时锁存信号经反相又产生清零信号，一秒结束后计数值进行锁存，是显示器上获得稳定的测量制值。当时钟脉冲CP的正跳变来时，锁存器的输出等于输入，从而将计数器的数值送到锁存器的输出端。整个过程就是这样有机的结合相互协调而工作。四结束语这次的数字频率计课程设计中，我们小组共同协做一起查资料，相关图书文献，仔细研究，经过了一个半周的时间我们终于如期而完成老师教给我们的任务，简易数字频率计。这次课设我们大家都有了新的收获是以前课堂不增有的，让我们真正的认识到数字技术这门课程在社会发展中的重大作用，我们以后要努力学习掌握数电的精华做到活学活用。但是这次设计过程中也遇到了不少问题特别是时基信号的产生和控制电路的设计，不过经过我们小组的不懈努力我们参考资料终于完成了，这也又一次给我们提示，团队合作精神是非常重要的。希望以后有更多的机会参与课程设计。五参考文献1、《电子技术基础》主编林涛副主编楚岩田丽娟林薇清华大学出版社20062、《数字逻辑电路》科学出版社杨文霞孙青林3、《电工电子技术实践教程》机械工业出版社袁桂慈主编4、《数字电路实验课程设计指导书》中国电力出版社郁汉琪主编吴京秋副主编20075、模拟电子技术基础（第四版）·高等教育出版社，化成应，童诗白·20066、阎石·数字电子技术基础（第五版）·高等教育出版社，2006六元器件明细表，附图表一74LS123功能表CLRABQQ~功能0任意任意01清零任意任意001稳态任意1任意01稳态10上升沿正跳变负跳变触发上升沿01正跳变负跳变触发1下降沿1正跳变负跳变触发表二课程设计器件清单型号名称数量74LS08二输入与门1SN74123N单稳态触发器274LS160十进制计数器674LS273N上升沿D触发器31NE555脉冲信号发生器2LED数码显示管七段LED数码显示管6NC7SZ86亦或门6附录一整体原理图七鸣谢感谢数电老师对我的教导与支持，感谢小组成员积极合作与努力付出，感谢同学提供的帮助。八收获与体会，存在的问题等1.设计任务完成情况经过我们组的共同努力，终于完成了此次为期2周的课程设计。通过去图书馆查阅资料，上网，答疑等多种形式，我们对各自负责的电路部分有了详细的了解，并且信心十足。起初设计的电路经常有漏洞，模拟电路进行仿真时也仿真不出来，后来经过仔细研究和探讨不断的对电路进行改进，最终得到满意的结果，电路完成的相对比较顺利2.心得体会在为期一周半的电子课程设计过程中，我们了解了数字频率计的工作原理，并且进一步学习了模拟电路仿真技术。同时还发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，认识到自己的思维还是不够活跃。本次课程设计过程中虽然遇到一些阻碍，但通过我们的努力，最终还是克服了这些困难，让我们体味到设计电路、连接电路、调测电路过程中的乐苦与甜,提高了我们独立思考克服困难的能力，注重团队精神，加强合作互助，而且组员们之间的友谊更加深刻了。设计是我们将来必需的技能，这次设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计对电路的调试再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。在实习的过程中发现了以前学的数字电路的知识掌握的不牢。同时在设计的过程中，遇到了一些以前没有见到过的元件，但是通过查找资料来学习这些元件的功能和使用，因此，电子课程设计使我们获益匪浅。3.问题及改进在此次课程设计中，我负责电路的显示部分，本部分电路由锁存器和译码器组成,分别用到了74LS237和74LS160。由于在计数，所以在电路中加入74LS237锁存器对计数输出信号进行锁存，计数完后，让数码管显示计数器计到的数字功能。其中计数器按十进制计数。如果在系统中不接锁存器，由于频率大，则显示器上的显示数字就会随计数器的状态不停地变化，只有在计数器停止计数时，显示器上的显示数字才能稳定，所以，在计数器后边必须接入锁存器。锁存器的工作是受单稳态触发器控制的到。门控波形的下降沿，使单稳态触发器1进入暂态，单稳态1暂态的上升沿作为锁存器的锁存(使能)脉冲。锁存器在锁存脉冲作用下，将门控信号周期内的计数结果存储起来，并隔离计数器对译码显示的作用。在锁存器将门控信号周期内的计数结果存储起来情况下，把所存储的状态送入译码器进行译码，在显示器上得到稳定的计数显示。从锁存器出来的信号是计数器计数器计数后被锁存在锁存器中的信号，是二进制的数，在显示器上不能直接显示，，需要译码器将二进制的数译码成为十进制的数，然后才能在显示器上读出频率。评语评阅人：日期：